中华预防医学杂志    2018年11期 Th1/Th2细胞因子在暴露粉尘工人血清中的表达及在煤工尘肺监测中的价值    PDF     文章点击量:109    
中华预防医学杂志2018年11期
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姚三巧 杨宁伟 郭菲菲 秦天榜 朱秀萍 董志刚 李志春 姜碧杰 高景顺 姚永成 张国富 刘扬 卢遥 李海斌 帅建飞 白玉萍 金玉兰
YaoSanqiao,YangNingwei,GuoFeifei,QinTianbang,ZhuXiuping,DongZhigang,LiZhichun,JiangBijie,GaoJingshun,YaoYongcheng,ZhangGuofu,LiuYang,LuYao,LiHaibin,ShuaiJianfei,BaiYuping,JinYulan
Th1/Th2细胞因子在暴露粉尘工人血清中的表达及在煤工尘肺监测中的价值
Expression of type 1 and type 2 cytokines from serum of coal miners and the evaluation in surveillance of coal workers' pneumoconiosis at earlier stage
中华预防医学杂志, 2018,52(11)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.issn.0253-9624.2018.11.012

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投稿日期: 2017-11-13
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Th1/Th2细胞因子在暴露粉尘工人血清中的表达及在煤工尘肺监测中的价值
姚三巧 杨宁伟 郭菲菲 秦天榜 朱秀萍 董志刚 李志春 姜碧杰 高景顺 姚永成 张国富 刘扬 卢遥 李海斌 帅建飞 白玉萍 金玉兰     
姚三巧 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
杨宁伟 义煤集团总医院体检中心
郭菲菲 华北理工大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学学科
秦天榜 开滦职业病防治院住院部
朱秀萍 开滦职业病防治院住院部
董志刚 义煤集团总医院体检中心
李志春 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
姜碧杰 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
高景顺 义煤集团总医院体检中心
姚永成 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
张国富 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
刘扬 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
卢遥 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
李海斌 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
帅建飞 453003 新乡医学院公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室
白玉萍 华北理工大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学学科
金玉兰 华北理工大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学学科
摘要: 目的  探讨Th1/Th2细胞因子在暴露粉尘工人血清中的表达及其在煤工尘肺病(CWP)早期监测中的价值。方法  在2013年1月至2015年12月采用单纯随机法,从某煤业集团职业病防治院选取CWP壹期患者90例及新确诊的19例CWP患者作为病例组,同时采用单纯随机法从某煤业集团下属9个煤矿的粉尘作业工人中,选取180例诊断为"尘肺观察对象"的工人作为观察组;以1∶1的比例匹配年龄相近、胸片结果正常的暴露粉尘工人180名作为接尘组;以就业前体检结果正常且未从事过粉尘作业的工人161名为对照组;观察组、接尘组、对照组总称为非尘肺组。调查研究对象的基本信息及职业史,并检测血清中IL-1β、IL-8、IFN-γ、IL-6、IL-10的表达水平,并以其表达水平对CWP进行筛检。绘制受试者工作特征(ROC)曲线并确定最佳截断值,并进行筛检实验的真实性及可靠性评价。结果  对照组、接尘组、观察组及病例组的年龄分别为(27.4±5.0)、(43.4±10.7)、(48.2±6.2)、(64.7±7.0)岁,病例组IL-1β、IL-8、IFN-γ、IL-6的表达水平M(1 638.30、2 099.49、815.18、140.32 pg/ml)高于非尘肺组M(1 445.57、1 402.26、736.38、95.73 pg/ml)(P<0.05);观察组IL-8(1 503.99 pg/ml)高于对照组(1 295.67 pg/ml)和接尘组(1 376.94 pg/ml),而IL-10(654.08 pg/ml)低于对照组(596.64 pg/ml)。IFN-γ/IL-6的比值介于5~8之间,病例组(5.87)低于非尘肺组(7.61)。接尘组不同工龄调查对象的IL-6、IL-8的差异有统计学意义(P<0.05)。根据ROC曲线,IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10和INF-γ的界值分别为1 582.65、116.53、1 791.54、581.08和792.69 pg/ml,曲线下面积分别为0.668、0.895、0.859、0.716、0.637。研究结果显示,IL-6和IL-8可用作筛检CWP的指标,曲线下面积分别为0.895和0.859、灵敏度分别为82.6%和78.0%、特异度分别为84.6%和84.8%、约登指数分别为0.674和0.628,符合率分别为84.3%和83.7%,Kappa值分别为0.55和0.52。结论  CWP患者存在Th1/Th2平衡紊乱,IL-6和IL-8有望作为监测和有效预测早期肺组织损伤的效应标志物。
关键词 :尘肺;血清;Th1/Th2型细胞因子;筛检与诊断试验
Expression of type 1 and type 2 cytokines from serum of coal miners and the evaluation in surveillance of coal workers' pneumoconiosis at earlier stage
YaoSanqiao,YangNingwei,GuoFeifei,QinTianbang,ZhuXiuping,DongZhigang,LiZhichun,JiangBijie,GaoJingshun,YaoYongcheng,ZhangGuofu,LiuYang,LuYao,LiHaibin,ShuaiJianfei,BaiYuping,JinYulan     
School of Public Health, Xinxiang Medical University, Xinxiang 453003, China
Corresponding author: Yao Sanqiao, Email: sanqiaoyao@qq.com
Abstract:Objectives  To explore the expression regulation of type 1 and type 2 (Th1 and Th2) cytokines from serum of coal miners and the evaluation in surveillance of coal workers' pneumoconiosis, 630 coal miners were studied.Methods  A total of 90 male patients diagnosed as coal workers' pneumoconiosis (CWP) in a institute for occupational health and 19 male workers newly diagnosed as CWP patients was chosen as CWP group with simple random sampling method from a coal mine group from January 2013 to December in 2015. 180 male coal miners with abnormal but not diagnosed as CWP were selected as CWP suspected group with simple random sampling methods, meanwhile 180 male coal miners with normal chest X-ray photograph was as dust-exposed group by 1∶1 matched as age. And 161 healthy males accepted pre-employed examination were selected as control group, CWP suspected group, dust-exposed group and control group called as non-CWP group. According to screening test and diagnosis test, the basic information and occupational history of all subjects were collected, and cytokines including IL-1β, IL-8, IFN-γ, IL-6 and IL-10 of serum were detected. Receiver operator characteristic (ROC) curve was used to determine the optimal cutoff value of each cytokine. Area under curve (AUC), the validity and reliability were calculated and judged.Results  The average age of control group, dust-exposed group, CWP suspected group and CWP group were (27.4±5.0) , (43.4±10.7) , (48.2±6.2) , (64.7±7.0) years old, respectively. The median level of IL-1β, IL-8, IFN-γ and IL-6 in cases group (1 638.30, 2 099.49, 815.18,140.32 pg/ml) were higher than that of non-cases group (1 445.57, 1 402.26, 736.38, 95.73 pg/ml) (P<0.05) . The level of IL-8 (1 503.99 pg/ml) in CWP suspected group was higher than that of control group (1 295.67 pg/ml) and dust-exposed group (1 376.94 pg/ml) , but the level of IL-10 (654.08 pg/ml) was lower than that of control group (596.64 pg/ml) . The ratio of IFN-γ/IL-6 ranged from 5 to 8, and the ratio in CWP group (5.87) was lower than that of non-CWP group (7.61) . The IL-6 and IL-8 among the subjects of dust-exposed group in terms of the age distribution of among had reached statistical significance. According to ROC, the cutoff value of IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10 and INF-γ reached 1 582.65, 116.53, 1 791.54, 581.08 and 792.69 pg/ml, respectively. The AUC was 0.668, 0.895, 0.859, 0.716 and 0.637, respectively. It was found that IL-6 and IL-8 could be used as biomarkers in detecting CWP, the sensitivity and specificity was 82.6% and 84.6%, 78.0% and 84.8%, respectively; Youden's index was 0.674 and 0.628 and the consistency rate was 84.3% and 83.7%, while Kappa value was 0.55 and 0.52.Conclusion  There was Type 1 and type 2 cytokine dysregulation in CWP patients. IL-6 and IL-8 can be used as effective biomarkers to forecast lung injury before X-ray changes.
Key words :Pneumoconiosis;Serum;Th1/Th2 cytokine;Screening test and diagnosis test
全文

肺纤维化是由多种原因引起,致使肺部炎症和肺泡持续性损伤及细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的反复破坏、修复、重建和过度沉积,从而导致正常的肺组织结构改变和功能改变,是许多病因不同的肺间质疾病的共同结局[1]。煤工尘肺病(coal workers' pneumoconiosis,CWP)是煤矿工人长期接触煤矿粉尘而产生的以肺部纤维化为主的疾病,呈进行性发展,一旦发展到X线胸片可见的阴影,其病理变化已难以逆转。近年的研究发现,Th1/Th2型细胞因子在尘肺的发生、发展中发挥着重要作用[2],但尚未见有关Th1/Th2型细胞因子在CWP早期诊断方面的研究报道。因此,探讨CWP早期Th1/Th2型细胞因子在暴露粉尘工人中的变化规律,探讨其在CWP早期筛检及诊断中的价值,对CWP防治具有重要意义。

对象与方法  

1.样本量计算:  本次研究选择IL-1β、IL-8、IFN-γ、IL-6、IL-10 5种细胞因子对CWP进行筛检研究。根据筛检试验的样本量计算公式,取筛检指标的估计灵敏度为75%,估计特异度为55%,显著性检验水平α=0.05,容许误差δ=0.09,计算病例组所需样本量为89例,对照组所需样本量为118名。

2.对象:  于2013年1月至2015年12月采用单纯随机法,从某煤业集团职业病防治院选取壹期CWP患者90例及新确诊的19例CWP患者作为病例组。依据尘肺病X线诊断标准(GBZ 70-2009),以研究对象高仟伏后前位X线胸片的影像学改变作为CWP判定标准。以某煤业集团下属9个煤矿2 400名男性粉尘作业工人中的180例尘肺观察对象作为观察组,同时采用单纯随机抽样法,以1∶1的比例匹配年龄相近、胸片结果正常的暴露粉尘工人180名作为接尘组;以就业前体检结果正常且未从事过粉尘作业的工人161名为对照组,并以观察组、接尘组、对照组总称为非尘肺组。所有研究对象均排除与肺部相关的疾病(如肺炎、肺癌、活动性肺结核等),排除患有心脏病、肾脏病、肝脏病、血液病、风湿免疫系统疾病、肿瘤及近期有明显感染者及其他炎症性疾病。纳入研究者均签署了知情同意书。本研究通过了新乡医学院伦理审查委员会的审查。

3.问卷调查:  采用自行设计调查问卷,以访谈式方法调查研究对象一般情况、职业史、尘肺及并发症等、既往疾病史。CWP诊断及并发症资料均来自该职业病防治院住院病案。清晨采集空腹静脉血,当场离心、取血清,4 ℃带回实验室,-20 ℃保存。应用英国Abcam公司生产的ELISA试剂盒检测血清中Th1/Th2型细胞因子IL-1β、IL-8、IFN-γ、IL-6、IL-10的表达水平。用IFN-γ/IL-6比值来反映Th1/Th2平衡状态。

4.质量控制:  具有尘肺病诊断资质的医生根据《尘肺病诊断标准》(GBZ70-2009),对所有工人集体进行诊断,并评价其暴露粉尘史。血液样品的采集均由体检中心化验室的固定护士采集清晨空腹静脉血,当日现场离心后分离血清,带回学校实验室-80 ℃保存,集中测试。采用同一连续可调酶标仪检测ELISA分析结果,所得数据根据标准曲线的回归方程计算出血清中的浓度,数据录入后进行逻辑检错,以保证数据的真实可靠。

5.筛检指标评价:  本研究以4组煤矿工人血清中Th1/Th2型细胞因子IL-1β、IL-8、IFN-γ、IL-6、IL-10为筛检指标,将筛检试验的结果与金标准进行比较,采用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线计算截断值,采用灵敏度与漏诊率、特异度与误诊率、约登指数、似然比来评价筛检实验的真实性;采用曲线下面积(area under curve,AUC)、符合率和Kappa值来评价筛检实验的可靠性,同时计算各指标的阳性与阴性预测值。AUC的取值范围为0.5~1.0,在0.5~0.7之间的诊断价值较低,在0.7~0.9之间的诊断价值中等,在0.9以上时诊断价值较高;约登指数的范围为0~1,指数越大,真实性越高;阳性似然比越大,真阳性概率越大,阴性似然比越小,真阴性概率越大;Kappa值介于-1~1之间,Kappa值>0.75为一致性极好,0.40~0.75之间为中/高度一致,≤0.40为一致性差。

6.统计学分析:  采用Excel 2007进行数据录入,数据分析采用SPSS 20.0软件。不同组别对象的年龄、暴露粉尘工龄及不同年龄工龄组别下的Th1/Th2细胞因子表达水平为正态分布,以±s进行描述,采用方差分析进行分析;不同组别的吸烟率比较采用χ2检验。病例组、观察组、接尘组、对照组、非尘肺组调查对象的Th1/Th2细胞因子表达水平不符合正态分布,用M(P25, P75)表示其表达水平,采用Kruskal-Wallis H检验其组间差异。采用方差分析比较不同组别、年龄、工龄调查对象Th1/Th2细胞因子的表达水平,采用LSD法进行两两检验。根据上述方法进行单变量ROC曲线的构建,依据ROC曲线下面积及约登指数最高的临界点结合应用实际确定最佳诊断界值,计算真实性、可靠性、预测值等评价指标。以P<0.05为差异有统计学意义。

结果  

1.基本情况:  对照组的年龄范围为19~38岁,接尘组工人的年龄范围为20~55岁,接尘工龄范围为1~38年;观察组对象的年龄为35~77岁,接尘工龄为3~38年;病例组工人年龄为54~84岁,接尘工龄为5~42年。四组的年龄和接尘工龄差异均有统计学意义(P<0.05),吸烟率差异无统计学意义(P>0.05)。见表1

表1不同组别研究对象年龄、接尘工龄、吸烟率比较(±s

2.不同组别研究对象血清中Th1/Th2型细胞因子表达水平:  病例组IL-1β、IL-8、IFN-γ、IL-6的表达水平M高于非尘肺组(1 445.57、1 402.26、736.38、95.73 pg/ml),而IL-10的表达水平低于非尘肺组(627.21 pg/ml);观察组IL-8高于对照组和接尘组,而IL-10低于对照组。IFN-γ/IL-6的比值介于5~8之间,病例组(5.87)低于非尘肺组(7.61)(P<0.05),见表2

表2煤矿工人血清中Th1/Th2型细胞因子的表达水平[pg/ml,M(P25, P75)]

3.不同组别不同年龄工人Th1/Th2型细胞因子表达特征:  对照组不同年龄对象IL-1β、IL-8、IFN-γ、IL-10的表达水平差异无统计学意义。不同年龄接尘组对象的IL-1β和IFN-γ的表达水平差异有统计学意义,≤25、36~35、36~45、46~55、≥56岁组的IL-1β水平为(1 271.15±315.28)、(1 322.22±295.84)、(1 424.94±328.55)、(1 510.50±340.89)pg/ml。病例组、观察组、接尘组调查对象46~55岁年龄组IL-1β[分别为(1 653.99±220.99)、(1 473.17±345.93)、(1 510.50±340.89)pg/ml],IL-10[分别为(589.22±120.93)、(646.47±98.29)、(628.02±105.18)pg/ml],IFN-γ水平[(820.15±115.29)、(745.35±168.71)、(783.60±148.00)pg/ml]最高。

4.不同工龄工人Th1/Th2型细胞因子表达特征:  表3可见,接尘组不同工龄调查对象的IL-6、IL-8的表达水平差异有统计学意义,其余分布差异均无统计学意义(P>0.05)。

表3不同工龄研究对象Th1/Th2细胞因子的表达水平比较

5.工种和吸烟对接尘工人Th1/Th2型细胞因子表达的影响:  经分析,接尘组、观察组和病例组IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10及IFN-γ的表达水平在掘进工、采煤工及辅助工之间基本接近,差异无统计学意义。研究对象的吸烟情况与血清中IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10和IFN-γ差异没有统计学意义(P>0.05)。

6.Th1/Th2型细胞因子ROC曲线:  以ELISA法检测IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10和IFN-γ的灵敏度为纵坐标、1-特异度为横坐标作图,得到ROC曲线(图1)。根据图1 ROC曲线的特征,分别以IL-1β、IL-6、IL-8和INF-γ高于1 582.65、116.53、1 791.54、792.69 pg/ml,IL-10低于581.08 pg/ml为分界值,将各因子分为阳性和阴性,分析各因子作为早期筛检CWP的指标的真实性和可靠性。结果表明,IL-6及IL-8作为筛检指标比较合适(表4表5)。

表4Th1/Th2细胞因子筛检煤工尘肺的ROC曲线下面积、最佳临界值、灵敏度和特异度
表5不同Th1/Th2细胞因子用于筛查煤工尘肺的筛查效果评价
图1不同组别调查对象的IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10和IFN-γ的ROC曲线

讨论  CWP的发生发展是一个连续过程,在病程演变过程中,炎症反应和免疫反应始终存在。多数研究认为,矽尘进入肺内激活或损伤淋巴细胞等分泌多种细胞因子、趋化因子及细胞外基质等。尘粒、效应细胞、活性分子等相互作用,构成复杂的细胞-细胞因子网络,通过多种信号传导途径,激活胞内转录因子,调控肺纤维化进程[3]。广谱免疫抑制因子和生长因子可选择性活化巨噬细胞产物,如IL-10、IL-1受体拮抗剂和转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β),与减轻炎症、促进细胞外组织重塑密切相关[4]。Lucey等[5]研究发现,Th1和Th2型细胞因子调节紊乱在感染、肿瘤及炎症性疾病中发挥重要作用;Th1和Th2型细胞因子不但来源于T辅助细胞,也来源于肺部的其他细胞。Th2型细胞因子促进成纤维细胞增生、活化,启动纤维化的进程。矽尘促进调节性T淋巴细胞调控Th1向Th2型反应极化,诱导TGF-β1分泌增加,进而促进成纤维细胞增生及胶原蛋白等的合成与分泌。马继轩等[6]发现,矽尘可通过直接和间接途径激活炎症小体NLRP3,进而活化caspase-1,激活下游的IL-1β和IL-18,发挥促炎作用。在肺部损伤及由此激发的炎症反应的修复过程中,Th1型细胞因子可能促进正常组织结构的修复,Th2型细胞因子可能有利于增生的成纤维细胞活化,引起过度的损伤修复,最终导致细胞外基质蛋白沉积和纤维化。当Th2型细胞因子占优势时,可导致纤维化发生[1]
        本研究发现,暴露粉尘工人血清IL-1β、IL-6、IL-8和IFN-γ的表达水平均呈病例组高于非尘肺组,IL-10则表现为病例组低于其他各组,这与赵学军和尹军[7]报道的肺气肿合并间质肺纤维化患者血清中IL-10水平明显低于对照组一致。而病例组IFN-γ/IL-6比值低于非尘肺组,说明存在Th1/Th2平衡紊乱。
        5种因子的变化规律与暴露粉尘工人的年龄、工龄密切相关,暴露粉尘5年以上表达明显升高,30年以上工龄达高峰。这种规律对管理部门制定轮换工工作年限及暴露粉尘工人退休年龄有一定的参考价值和指导意义。本组暴露粉尘工人发生CWP的发病工龄为(27.3±7.5)年,暴露粉尘5年5种指标就开始明显升高,说明这些因子可以作为监测CWP发生发展的效应生物学标志物;也为轮换工5年轮换制提供了科学的证据。本研究暴露粉尘工人的CWP发病年龄为(52.9±7.4)岁,发病年龄与5种指标的表达高峰年龄一致,提示粉尘导致的健康危害可能由巨噬细胞性肺泡炎向肺纤维化转变,因此,在该年龄之前停止接触粉尘,有可能阻止病变的进展。
        筛检和诊断实验常用于某种生物标志物对疾病发生的预测[8,9,10]。邱红燕等[11]测定112例CWP患者和144名健康暴露粉尘对照血浆氧化损伤指标的含量和活力,发现总氧化能力、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)、丙二醛及NO可以作为CWP的筛检指标和早期辅助诊断指标,其中以T-AOC和iNOS最佳。罗玲和刘忠[12]发现IL-12可通过调控Th1/Th2的平衡来抑制肺纤维化。本研究采用筛检和诊断试验方法对5种细胞因子进行真实性及可靠性的判断,表明IL-6和IL-8有望作为CWP监测的有效效应标志物,建议在煤矿暴露粉尘工人体检中增加,以便在胸部X线变化不明显时检出高危人群,使其早日脱离粉尘作业。

参考文献
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